| Статистика |
|---|
Онлайн всього: 1 Гостей: 1 Користувачів: 0
|
|
Макрогальваническия корозія і крихке руйнування нижніх листів корпусу резервуарів в умовах сірководневої середовища
Видобуток нафти на родовищах Уралу і Поволжя характеризується сильним обводненням нафти, зростанням вмісту в видобутої продукції сірководню і сульфатвосстанавливающих бактерій. Це поставило під загрозу руйнування всі нафтовидобувне обладнання, особливо великогабаритні і тонкостінні резервуари.
Становище ускладнюється ще й тим, що більшість резервуарів типу РВС використовується не завжди за прямим призначенням - для збору та оперативного зберігання підготовленої нафти, а часто для попереднього відстою высокообводненной нафти і збору і підготовки корозійно-агресивних вод. Ясно, що стінки резервуарів в області контакту зі стічними водами піддаються сильної корозії.Крім того, на нафтові родовища Уралу, Поволжя, Західного Сибіру потрапила велика кількість резервуарів, виготовлених з слаболегированной сталі 09Г2С, відрізняється підвищеною чутливістю до впливу сірководню - схильністю до водневої крихкості і тріщин.
Давно відомо, що зварні з'єднання і околошовные зони металів є в корозійних умовах зоною найбільш ймовірного аварійного руйнування корпусних листів резервуара. Однак за останні роки, у зв'язку зі старінням резервуарного металу і підвищенням корозійної навантаження на внутрішню поверхню сірководневих середовищ, все частіше стало відзначатися раптова поява в корпусі резервуара (у нижніх листах) тріщин, що викликало аварійні ситуації з виливом екологічно - небезпечних, вибухо - і пожежонебезпечних рідин, головним чином, самовозгорающейся нафти.
Далеко не повні дані статистики аварійних руйнувань у нафтовидобутку показують, що понад 38% всіх аварій резервуарів припадає на появу неочікуваних тріщин. За даними обстеження резервуарів двох нефтепарков АК «Транснефть» інститутом ЦНДІ-проектстальконструкція показано, що 67 % аварій великогабаритних резервуарів можна віднести за рахунок появи в їх корпусах крихких тріщин.
Найбільш серйозні труднощі на нафтопромислах виникають в ході ремонтних робіт пошкодженого корозією листів резервуарів, особливо, якщо вони виготовлені з сталі 09Г2С. При заміні листів і відсутності на промислах цієї марки стали нафтовики ставлять в резервуар низьковуглецеві сталі типу Ст3сп.В процесі з'єднання цих листів між собою електродуговим зварюванням на межі розділу шов - околошовная зона виникають структурно-хімічні, тепло-фізичні та хіміко-металургійні неоднорідності, які під впливом сероводородсодержащей середовища обумовлюють крихке руйнування навколошовних зон. Щоб розробити заходи щодо запобігання такого руйнування металу, необхідно розібратися в причинах, які спричиняють такий тип руйнування, і на основі цього рекомендувати комплекс протикорозійних і технологічних способів,спрямованих на нейтралізацію цього грізного явища.
Крихке руйнування листів корпусів резервуарів типу РВС в експлуатаційних умовах нафтопромислів
Найбільш типовий випадок розтріскування листового металу корпусу РВС-5000 стався в грудні 1993 року в резервуарному парку НПС «Раевка» НГВУ «Аксаковнефть». У морозні дні вдень в 12год 50м на резервуарному аркуші першого поясу резервуара № 2В з'явилася тріщина. Рівень стічної води в резервуарі відповідав технологічній карті, різких перевищень рівня води не було. Таким чином відбулося мимовільне розтріскування резервуарного листа з виливом великої кількості стічної води з нафтою.
Детальний аналіз і обстеження місця розриву показали, що розрив на аркуші (поява тріщини) мав місце паралельно вертикальному-зварному шву, отриманого ручної електрозварюванням електродом УОНИ 13/45 на латці з ВСт-Зсп, встановленої в місці монтажного отвору. Таким чином, зі сталлю 09Г2С межувала звичайна сталь марки ВСт-Зсп. Тріщина в біляшовній зоні розвела ці листи і утворилася щілина, з якої вилилася стічна вода.
Характеризуючи корозійні властивості стічної (підтоварної) води, слід зазначити, що це типова мінералізована вода, з питомою вагою 1,126 - 1,130 і загальним солевмістом 180 - 200 г/л рН води 5,6 - 6,3. Вода містить сірководень в межах 35 - 108 мг/л, клітини сульфатовосстанавливающих бактерій в інтервалі 103 - 10⁵ кл/мл Крім того, у воді є сліди кисню - до 0,4 мг/л. Така вода є висококоррозіонной. Загальний вміст сірководню в нафти досягає 173 мг/л.
Резервуар № 2В пущений в експлуатацію в серпні 1984 р. Виготовлений в рулонированном вигляді Самарським заводом резервуарних металоконструкцій за проектом ТП 704-1-27. По сертифікату марка сталі 09Г2С, товщина металу корпусу - 7 мм. Всі будівельно-монтажні роботи виконані якісно. Днище і листи корпусу були ізольовані 5 шарами покриття марки КО. Правда, покриття до моменту огляду резервуара потріскалося і відшарувалося від стінок корпусу і днища, так що будь-який захист від корозії воно практично не надавало.
Через 3,5 року в результаті корозійного впливу стічної води і активної роботи макрогальванической пари зварний шов - околошовная зона, відбулося поступове утоньшение металу в цій зоні, причому найбільш сильне на металі 09Г2С. Для контролю періодично з 1985 року вимірювалась товщина стінок поясів корпуса. У 1986 р. зафіксована дефектоскопом швидкість зниження товщини стінки була ще невеликий - 0,2-0,3 мм/рік. Але незважаючи на ці вимірювання, в 1986 році (через два роки) відбулося несквозное руйнування днища резервуара (7 мм) .Правда, тут умови корозії більш жорсткі: виявляють себе опади сульфіду заліза і життєдіяльність СВБ. Фактична швидкість локальної корозії вертикальних стінок за вимірами склала 1,6 мм/рік, а загальна залишилася на рівні 0,2 мм/рік. У 1991-92-93 році швидкість загальної (середньої) корозії за вимірами дефектоскопів дещо зросла до 0,5 мм/рік, але місцева виразкова корозія досягла на нижньому поясі резервуара 1,3 - 1,4. Розрахункова швидкість корозії за вимірами глибини виразок досягла 3,5 мм/рік.Таким чином, загальна утоньшение біляшовної зони з-за корозії створило умови для подальшого її розтріскування, однак весь комплекс причин пов'язаний з низкою інших факторів.
Майже аналогічний випадок розтріскування корпусу резервуара стався в НСП Игревского НГВУ «Удмуртнефть» у 1990 р. Тут теж трьома роками раніше на РВС-5000, виготовленому з сталі 09Г2С, замінили лист на СТ-Зсп. За критерієм сваримости такі сталі можна було використовувати. В результаті ручного електрозварювання околошовная зона (в першу чергу на сталі 09Г2С) піддалася сильній корозії і через три роки дала тріщину. Через розійшлися листи вилилася вода, а потім і нафту (резервуар призначався для попереднього відстою нафти).Сталося загоряння нафти з важкими матеріальними наслідками. Основна причина появи тріщин - корозія біляшовної зони з-за контакту різнорідних металів. Подібні випадки спостерігаються на багатьох резервуарах нафтопромислів Росії, проте кожна така аварія не фіксується в одному місці, тому нових прикладів у нас немає.
З часу масового застосування зварювання у виробництві і на металоконструкціях, в нашій країні і за кордоном стали відзначатися характерні випадки крихких руйнувань зварних мостів, цельносварных судів, промислових будівель, машин, обладнання, трубопроводів, нафтових резервуарів. Багато випадків руйнування металевих резервуарів зазначено в США, Англії і СРСР. Руйнування починалися з найбільш навантаженого конструктивного елемента - корпусу резервуара, заповненого рідиною - нафтою або водою.Найчастіше тріщини в корпусі відносили за рахунок дефектів в зварних швах (непровари, підрізи, порожнини тощо). Але зустрічалися випадки, коли руйнувалися зварні шви, виконані якісно.
У січні 1991 року на складі нафтопродуктів р. в Харкові при сильному зниженні температури навколишнього повітря утворилася тріщина в стику нижнього обв'язувального куточка зварного резервуару РВС-10000. Резервуар був змонтований з листів маловуглецевої сталі-3. На одній із нафтобаз Удмуртії в 80-х роках при різкому зниженні температури до - 41 С і сильному північно-східному вітрі в п'яти резервуарах РВС-5000 протягом однієї ночі утворилося 8 тріщин.На одній із нафтобаз Північного району Росії, при різкому похолоданні (до - 57 С), одночасно утворилися великі тріщини у всіх трьох резервуарах РВС - 5000. Як показали обстеження, найбільше число тріщин утворюється у вузлі сполучення корпусу з днищем (уторний шов) і в нижніх поясах резервуара. Тріщини утворюються або в основному металі, поблизу місць скупчення зварних швів, або в стикових швах, мають приховані дефекти.
Однак, як показав первинний аналіз, низькі температури не вичерпують дії багатьох факторів. Тут проявляється безліч причин, які необхідно було всебічно вивчити, щоб розібратися в природі цього грізного явища і розробити на цій основі адекватних заходів, здатні, якщо і не повністю запобігти, то, принаймні, зменшити масштаби цього явища на нефтепарках нафтопромислів і в системі магістрального транспорту нафти.
Характер і особливості корозійно-механічного руйнування зварних конструкцій нафтових резервуарів у сероводородсодержащих агресивних середовищах
Зі сказаного випливає, що при корозійному руйнуванні металів в агресивних середовищах, найбільш уразливі зварні шви і околошовные зони, виконані ручним електродуговим зварюванням із застосуванням немаркованих або для сталей з іншим складом, ніж основний метал. Але виявилося, що вирішальну роль все ж відіграє саме наявність зварного шва, особливо отриманого в результаті ручного зварювання.
При зварюванні прагнуть отримати беспористое і равнопрочное з іншим виробом з'єднання двох металів. Це більш або менш досягається в заводських умовах при використанні зварювання під флюсом або в середовищі інертних газів. Якщо ж застосовується електродугове зварювання, якість зварних стиків, як правило, не відповідає вимогам равнопрочности.
Як відомо, основний вид з'єднання двох металів - зварювання їх плавленням, при якій під дією високої температури електричної дуги утворюється зварний шов і нагрівається околошовная зона. Загалом, у зварному шві спостерігається три зони: шов (лита структура); околошовная зона металу, нагріта в процесі зварювання вище критичних значень; відстоїть від цієї області теж околошовная зона, але нагріта нижче критичних значень; і, нарешті, зона основного металу, що розсіює тепло електрозварювання.
Дослідженнями встановлено, що хімічний склад обох навколошовних зон не змінюється, проте змінюється їх структура. В зоні нагрівання вище критичних значень для низьковуглецевих і низьколегованих характерно наявність широкої зони термічного впливу (ЗТВ). При повільному самоохлаждении металу після зварювання в ньому спостерігається зростання зерна аустеніту і відновлення укрупненої ферритно-перлітної структури сталі, що викликає зниження її пластичності, особливо такий, як сталь 09Г2С.З'ясовано, що у всіх корозійно-агресивних середовищах, особливо що містять сірководень, зварні з'єднання розтріскуються інтенсивніше, ніж не піддався термічного впливу процесу зварювання основний метал.
Головна причина низької корозійно-механічної міцності зварних з'єднань пов'язана зі зміною первісної структури стали в біляшовній зоні шва, причому для низьколегованих сталей типу 09Г2С ця зона в результаті зварювання набуває підвищену твердість і міцність і одночасно знижує пластичність. Звичайна сталь зберігає в якійсь мірі пластичність. Тому околошовные зони низьколегованих сталей володіють зниженою стійкістю проти розтріскування порівняно із звичайними малоуглеродистыми сталями.
Число факторів, які сприяють крихкого руйнування зварних конструкцій, досить велике. Це наявність дефектів в зварних швах неоднорідностей в різних зонах зварних з'єднань, поява в шві залишкових напружень, зміна властивостей металу шва і біляшовної зони в результаті корозії і, особливо, сульфідно-водневого окрихчення та старіння металу. Крім того, до цих чинників відносяться низька холодостійкість металу шва, вплив несприятливих експлуатаційних умов (низькі температури, характер навантаження зварної конструкції або біля шовної зони).І нарешті, потрібно враховувати загальне корозійний вплив рідкого середовища на зону зварного шва. До фізико-механічних причин, сприяючих крихкому руйнуванню, відносять сукупна дія місцевого або загального зниження деформаційної здатності металу і (або) тимчасове підвищення напружень в елементах конструкцій. При цьому важливу роль у протіканні крихкого руйнування відіграє чутливість металу до розвитку тріщин, що характерно для сталей 09Г2С.
Таким чином, першою необхідною умовою при крихкому руйнуванні металів є наявність місцевого або загального зниження деформаційної здатності металу при термічному впливі зварювання. Але основною причиною крихкого руйнування зварних зон конструкції є тимчасове різке підвищення напруги (наприклад, з-за низьких температур), або місцеве або загальне зниження міцності металу в конструкції (з-за сірководневої корозії) або ж сукупна дія всіх цих факторів.
Як вже зазначалося раніше, сірководнева корозія по відношенню до чорних металів виявляє себе у двох формах: загальній електрохімічної корозії, яка поступово розчиняє метал або, що те ж саме, утоньшает його стінку. Така корозія буває загальної та місцевої (локальної), що набагато небезпечніше для металу. Друга форма корозії теж результат електрохімічного процесу. Але при цьому частина водню при катодного реакції проникає в метал, що істотно знижує його міцність і пластичність.При цьому розрізняють сульфидное індуковане розтріскування металу, коли атомарний водень проникає в ненагруженный метал. Водень послаблює міцність металу тим, що він утворює в металі багато порожнеч, щілин, тобто розпушує структуру металу. У другому випадку атомарний водень проникає у навантажений метал, який знаходиться під напругою. В цих умовах метал піддається більш глибоким фізико-механічних змін, втрачає пластичність і міцність і стає схильним до появи тріщин від невеликих додаткових навантажень, особливо при низьких температурах.
Практика показала, що особливо схильні до сульфідно-корозійного розтріскування під напругою (СКРН) слаболегированные марганцевистые сталі типу 09Г2С. В цьому суть всіх аварійних наслідків контакту зони зварних стиків у сероводородсодержащей середовищі з різнорідними металами. Істотно стимулює цей процес присутність у воді навіть слідів кисню. Про природу такого стимулюючого дії кисню ще немає повної ясності, але цей факт не підлягає сумніву.
Наступ значної гетерогенності різнорідних металів у зварному шві однозначно підтверджується вимірюванням електрохімічних потенціалів на зварної конструкції, що складається з ВСт-Звп і 09Г2С в 3%-му розчині хлористого натрію. У нижченаведеній таблиці 4.10 наведено ці дані.
З наведених даних випливає, що зона самого зварного шва є катодного, а зона термічного впливу (ЗТВ) на сталі 09Г2С є анодної. При обстеженні зта зона зазнала найбільшої корозії. Крім того нещодавно з'ясовано, що саме анодні зони чорних металів піддаються сильному наводороживанию. Враховуючи значну корозію сталі 09Г2С в сірководневій середовищі, а також її підвищену схильність до водневої крихкості, причина розтріскування біляшовної зони сталі 09Г2С в контакті зі сталлю ВСт-Зсп стає цілком зрозумілою.
|
| Категорія: Захист нафтових резервуарів від корозії | Додав: 26.09.2016
|
| Переглядів: 1198
| Рейтинг: 0.0/0 |
|
